專利名稱：曝光裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及曝光裝置，更詳細(xì)地涉及能夠提高照明效率并且能夠均勻曝光的曝光裝置。
背景技術(shù)：
用來自光源的光照明照明LCD(液晶元件)和DMD(數(shù)字微鏡器件)等的2維空間光調(diào)制元件(以下稱為2維SLM)，具有該照明光學(xué)系統(tǒng)在感光材料上進(jìn)行由2維SLM控制的光像的曝光的曝光裝置是眾所周知的。在這種曝光裝置中，需要均勻地照明2維SLM，可以將光積分器用于照明光學(xué)系統(tǒng)，除了曝光裝置以外一般也可以用于投影儀中。(例如，請參照專利文獻(xiàn)1)。
光積分器是通過分割光束，經(jīng)過不同的路徑后再合成起來，解除強(qiáng)度與位置的相關(guān)關(guān)系(強(qiáng)度分布)實(shí)現(xiàn)均勻化的器件，但是根據(jù)光束的分割方式的不同，具有2種方式。(1)一個(gè)是使用2維地配置透鏡的透鏡陣列(飛眼透鏡)，空間地分割光束的飛眼(Fly-Eye)型，(2)另一個(gè)是使用將玻璃棒和內(nèi)面制成鏡子的中空的棒，通過多重反射角度地進(jìn)行分割的幫型。
在飛眼型中，使用2塊飛眼透鏡，在第1塊飛眼透鏡中具有為了將光會聚在第2塊飛眼透鏡的各個(gè)透鏡元件中的構(gòu)成。而且，使光源像成像在第2塊飛眼透鏡的各個(gè)透鏡元件上，第2塊飛眼透鏡具有為了使第1塊飛眼透鏡的各個(gè)透鏡元件的像成像在2維SLM上的構(gòu)成。另一方面，在棒型的情形中，具有使光源像成像在棒入射面上，使棒的射出面的像成像在2維SLM上的構(gòu)成。
當(dāng)在光源中使用超高壓水銀燈等的燈時(shí)，燈的光射出單元形狀和2維SLM的照明區(qū)域形狀(即，照明2維SLM的區(qū)域形狀)是完全不同的，但是通過使用上述的光積分器，可以只均勻地照明2維SLM需要的使用區(qū)域。
日本平成3年公布的3-111806號專利公報(bào)發(fā)明內(nèi)容可是，實(shí)際上，在如燈那樣擴(kuò)展大并且光射出單元的形狀與到達(dá)2維SLM的照明光的照明區(qū)域的形狀不同的情形中，要全部有效地利用從燈射出的光是困難的，照明效率變低就是當(dāng)前的現(xiàn)狀。
當(dāng)舉出具體例進(jìn)行說明時(shí)，例如，在使用燈和飛眼型的光積分器的情形中，通過第1飛眼透鏡，使燈的電弧的像成像在第2飛眼透鏡的各元件上。在2維SLM上使用的區(qū)域?yàn)殚L方形那樣的情形中，為了具有飛眼透鏡的透鏡元件形狀也成為與照明的區(qū)域相似的形狀，使透鏡元件的像成像的構(gòu)成，使燈的電弧像在第2飛眼透鏡的透鏡尺寸以下而進(jìn)行設(shè)計(jì)，但是實(shí)際上，根據(jù)光源尺寸(燈的光射出單元尺寸即電弧尺度)、光的擴(kuò)展、透鏡的象差等，要使光源的像全部入射到透鏡元件是困難的，因此，發(fā)生光學(xué)性能惡化，照明效率低下和照明均勻度變壞等問題。
本發(fā)明，考慮到上述事實(shí)，將提供能夠得到高照明效率并且能夠均勻曝光的曝光裝置作為課題。
本發(fā)明者著眼于如果制成具有與飛眼透鏡的透鏡元件形狀(棒的射出單元形狀)大致相似的形狀，即與光積分器的射出面的輪廓形狀大致相似的形狀的光射出單元的光源，則可以將從光射出單元射出的大部分光導(dǎo)向照明區(qū)域，期待能夠提高照明效率和照明均勻度。而且，將光纖的端部捆綁成一束的光射出單元，通常，具有圖10所示的六角形狀(大致圓形)，但是我們發(fā)現(xiàn)該形狀能夠成為任何形狀，進(jìn)一步反復(fù)對其進(jìn)行研討，達(dá)到了完成本發(fā)明目的。
權(quán)利要求1所述的發(fā)明是具有光源、從上述光源供給光的光積分器、和由經(jīng)過上述光積分器的光照明的2維空間調(diào)制元件的曝光裝置，該曝光裝置的特征是上述光源是由并排地配列光纖，從上述光纖射出光的光纖束構(gòu)成的光源，使在從射出側(cè)看的上述光纖束端部上形成的射出區(qū)域的形狀和與上述光積分器的射出面的輪廓形狀具有大致相似的形狀。
在本說明書中，光纖束是將多條光纖的端部捆綁成一束的端部。光纖束可以具有任何形狀。
為了將光供給光纖束的入射側(cè)，既可以使用燈，也可以使用LD(半導(dǎo)體激光器)，沒有特別的限制。當(dāng)用LD時(shí)，使光纖束的入射側(cè)與LD耦合。又，也可以使多個(gè)LD與1條光纖耦合，因此，能夠減小擴(kuò)展而同時(shí)增大光的功率。進(jìn)一步，也可以用將多個(gè)發(fā)射極配列成陣列狀的浮動(dòng)區(qū)域型的半導(dǎo)體激光器。
根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)明，因?yàn)槟軌驅(qū)墓饫w束端部射出的大部分光導(dǎo)向到達(dá)2維空間調(diào)制元件的照明光的照明區(qū)域，所以能夠得到高照明效率并且能夠均勻地曝光。
在很多情形中，上述光積分器是飛眼型或棒型。
此外，當(dāng)增多光纖的根數(shù)時(shí)，光纖束端部的尺寸變大，即，光源側(cè)的擴(kuò)展變大。當(dāng)光源側(cè)的擴(kuò)展比2維光調(diào)制元件的擴(kuò)展大時(shí)，照明效率降低。因此，當(dāng)光纖的根數(shù)多時(shí)，能夠通過減小光纖的芯子直徑和外套直徑，防止照明效率降低。
當(dāng)使用DMD作為上述2維空間調(diào)制元件時(shí)，因?yàn)槭构庖耘cDMD的各鏡面的光軸成預(yù)定角度傾斜地入射，并且從傾斜方向入射到各鏡面(即，因?yàn)閺母麋R面的預(yù)定的對角方向入射)，所以即便從射出面看的光纖束端部的形狀例如是長方形，在各MDM的面上，也會成為使長方形變形后的形狀。不過，因?yàn)樽冃瘟啃∫部梢哉J(rèn)為是大致長方形。從而，即便當(dāng)使用DMD作為2維空間調(diào)制元件時(shí)，從射出側(cè)看的光纖束端部的形狀和光積分器的射出面的輪廓形狀也可以具有大致相似的形狀。
因?yàn)镈MD不會如LCD(液晶元件)那樣由于UV光而惡化，所以因此，能夠以高的照明效率對具有UV光靈敏度的感光材料進(jìn)行曝光。


圖1是表示與本發(fā)明的1個(gè)實(shí)施形態(tài)有關(guān)的曝光裝置的外觀的斜視圖。
圖2是表示與本發(fā)明的1個(gè)實(shí)施形態(tài)有關(guān)的曝光裝置的掃描器的構(gòu)成的斜視圖。
圖3(A)是表示在感光材料上形成的完成曝光區(qū)域的平面圖，(B)是表示配列由各曝光頭曝光的曝光區(qū)域的平面圖。
圖4是表示與本發(fā)明的1個(gè)實(shí)施形態(tài)有關(guān)的曝光裝置的曝光頭的構(gòu)成的模式圖。
圖5是表示在與本發(fā)明的1個(gè)實(shí)施形態(tài)有關(guān)的曝光裝置中，要用2維SLM照明的照明設(shè)定區(qū)域的平面圖。
圖6是表示在與本發(fā)明的1個(gè)實(shí)施形態(tài)有關(guān)的曝光裝置中，光纖束端部的正面圖。
圖7是表示與本發(fā)明的1個(gè)實(shí)施形態(tài)有關(guān)的曝光裝置的曝光頭的變形例的模式圖。
圖8是用于說明擴(kuò)展的原理的模式圖。
圖9(A)和(B)分別表示當(dāng)不傾斜配置DMD時(shí)和傾斜配置DMD時(shí)，比較入射到DMD的光束的位置和從DMD射出的掃描線的模式圖。
圖10是已有的光纖束端部的正面圖。
其中142——曝光裝置166——曝光頭174E——光纖束端部(端部)176——光積分器186——2維SLM(2維空間調(diào)制元件)192——射出區(qū)域200——DMD具體實(shí)施方式
下面，我們舉出實(shí)施形態(tài)說明本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)。與本發(fā)明的1個(gè)實(shí)施形態(tài)有關(guān)的曝光裝置142，如圖1所示，備有將片狀的感光材料150吸附并保持在表面上的平板狀的載物臺152。在由4條腿154支持的厚板狀的設(shè)置臺156的上面，設(shè)置沿載物臺移動(dòng)方向延伸的2條導(dǎo)軌158。載物臺152為了使它的長方向向著載物臺的移動(dòng)方向而進(jìn)行配置，并且被導(dǎo)軌158支持可以往復(fù)移動(dòng)。此外，在該曝光裝置142上，設(shè)置了圖中未畫出的用于沿導(dǎo)軌158驅(qū)動(dòng)載物臺152的驅(qū)動(dòng)裝置。
在設(shè)置臺156的中央部分，設(shè)置跨越載物臺152的移動(dòng)路徑，口字缺一橫狀的門160。將門160的各個(gè)端部固定在設(shè)置臺156的兩側(cè)的面上。夾著該門160地，在一側(cè)設(shè)置掃描器162，在另一側(cè)設(shè)置檢測感光材料150的前端和后端的多個(gè)(例如，2個(gè))的檢測傳感器164。分別將掃描器162和檢測傳感器164安裝在門160上，固定配置在載物臺152的移動(dòng)路徑的上方。此外，掃描器162和檢測傳感器164與圖中未畫出的控制它們的控制器連接。
掃描器162，如圖2和圖3(B)所示，備有m行n列(例如，3行5列)的大致矩陣狀地配列的多個(gè)(例如，14個(gè))的曝光頭166。在該例子中，以與感光材料150的寬度的關(guān)系，將4個(gè)曝光頭166配置在第3行中。此外，當(dāng)表示配列在第m行第n列的各個(gè)曝光頭時(shí)，將它標(biāo)記為曝光頭166mn。各曝光頭的構(gòu)成是相同的。
由曝光頭166曝光的曝光區(qū)域168具有將副掃描方向V作為短邊的矩形形狀。所以，伴隨著載物臺152的移動(dòng)，在感光材料150中由每個(gè)曝光頭166形成帶狀的完成曝光區(qū)域170。此外，當(dāng)表示由配列在第m行第n列的各個(gè)曝光頭進(jìn)行曝光的曝光區(qū)域時(shí)，將它標(biāo)記為曝光區(qū)域168mn。
由，如圖3(A)和(B)所示，為了使帶狀的完成曝光區(qū)域170在與副掃描方向正交的方向上無間隙地并排，而在配列方向偏移預(yù)定間隔(曝光區(qū)域的長邊的自然數(shù)倍數(shù)，在本實(shí)施形態(tài)中為2倍)地配置配列成直線狀的各行中的各個(gè)曝光頭。因此，第1行的曝光區(qū)域16811與曝光區(qū)域16812之間不能曝光的部分能夠由第2行的曝光區(qū)域16821和第3行的曝光區(qū)域16831進(jìn)行曝光。
因?yàn)槠毓忸^16611～166mn的構(gòu)成都是相同的，所以下面只要說明一個(gè)曝光頭的構(gòu)成。
曝光頭166，如圖4所示，備有將射出側(cè)端部捆捆綁成束作成光纖束端部174E的多條光纖174和使多條光纖174與LD耦合起來的光源，作為光源。
又，曝光頭166，作為射入從光纖束端部174E射出的光的照明光學(xué)系統(tǒng)備有光積分器176。光積分器176備有會聚來自光纖束端部174E的光的平行光管透鏡178、通過平行光管透鏡178的會聚光束順次地通過的2個(gè)飛眼透鏡180A、180B和濾光器透鏡182。
進(jìn)一步，在曝光頭166中設(shè)置對通過濾光器透鏡182的光進(jìn)行調(diào)制的2維SLM(2維空間調(diào)制元件)186。
如圖5所示，使要對2維SLM186進(jìn)行照明的有意設(shè)定的照明區(qū)域190成長方形狀。又，如圖6所示，光纖束端部174E形成從射出側(cè)看具有與照明設(shè)定區(qū)域190大致相似形狀的射出區(qū)域192。因此，能夠沒有浪費(fèi)地利用來自光纖束端部174E的光作為照明光，得到高的照明效率。
此外，也可以是不用飛眼透鏡型，如圖7所示，具有用由玻璃構(gòu)成的棒194的棒型的曝光頭的曝光裝置。因此，能夠使裝置構(gòu)成簡單化。
照明光學(xué)系統(tǒng)的簡略圖的一個(gè)例子如圖4所示。飛眼透鏡180A是具有透鏡元件尺寸S1、透鏡元件數(shù)N1、縱向長度A1和焦距ML1F，會聚尺寸為Z1(＝2×ML1F×NA1)。飛眼透鏡180B的透鏡元件尺寸S2(＝S1)、透鏡元件數(shù)N2(＝N1)和縱向長度A2(＝A1)都與飛眼透鏡180A相同，焦距為ML2F。飛眼透鏡182的縱向長度FLD與A2大致相同。又，為了使飛眼透鏡182的焦距FLF大致和飛眼透鏡180B與2維SLM186的距離L4相同而配置2維SLM186。
使光纖束端部174E與平行光管透鏡178的距離L1和平行光管透鏡178與飛眼透鏡180A的距離L2都與平行光管透鏡178的焦距CL2F相同。使飛眼透鏡180A和飛眼透鏡180B的距離L3與飛眼透鏡180A的焦距ML1F相同。
這里，當(dāng)令光纖束端部174E的某一方向的長度為A0、來自光纖束端部174E的光的發(fā)散角為NA0、到飛眼透鏡180A的會聚角為NA1時(shí)，照明系統(tǒng)的基本公式由下列公式給出。
A0·NA0＝A1·NA1
(即，A0·NA0＝N1·S1·NA1)又，成像特性由下列公式給出。
1/L3+1/L4＝1/ML2F(即，1/ML1F+1/L4＝1/ML2F)放大倍數(shù)特性由下列公式給出。
ACS/S1＝L4/L3(即，ACS/S1＝L4/ML1F)當(dāng)令飛眼透鏡180A產(chǎn)生的會聚尺寸(直徑)為Z1時(shí)，會聚特性由下列公式給出。
Z1＝2·ML1F·NA1照明FN0由下列公式給出。
SF N0＝FLF/FLD(≈L4/L2)[擴(kuò)展的概念]所謂照明SLM(空間調(diào)制元件)指的是將某個(gè)光源的像成像在SLM上。當(dāng)令光學(xué)放大倍數(shù)為β時(shí)，如圖8所示，像的面積S2與β2成正比(S2＝β2S1)，光線與光軸所成的角θ與放大倍數(shù)β成反比(θ2＝θ1/β)。即，S1θ12＝82θ22這里，因?yàn)榱Ⅲw角Ω大致與θ2成正比，所以Ω1S1≈Ω2S2即，光源面積與立體角的乘積恒定。嚴(yán)密地說，由理想透鏡(透過率100％、無象差)198進(jìn)行的光束傳遞由光束e≈∫S∫cosθ·dS·Ω表示。因?yàn)楫?dāng)θ足夠小(F2.5以上)時(shí)，cosθ≈1，所以得到光束e≈Ω1S1≈Ω2S2該“ΩS”就是擴(kuò)展。當(dāng)假定理想的無象差、透過率100％的光學(xué)系統(tǒng)時(shí)，保存擴(kuò)展(此外，即便沒有共軛關(guān)系，也能夠保存擴(kuò)展，這是眾所周知的)。
即，如果使上述圖中的光源B為2維SLM時(shí)，則如果光源A的擴(kuò)展比2維SLM的擴(kuò)展小，則能夠以非常高的效率進(jìn)行照明。
(計(jì)算例)令光源側(cè)的擴(kuò)展為Es。
(1)電弧長4mm的放電燈的例子當(dāng)使光源為直徑1mm、長度4mm的圓柱，從側(cè)面等方向地發(fā)射光時(shí)，Es＝π·1·4·2π≈80mm2·str(擴(kuò)展大)(2)光纖光源的例子當(dāng)令光纖束射出單元尺寸為0.7×0.7mm、NA為0.2(≈11.5deg)時(shí)，Es＝2π·(1-cos11.5)·0.7×0.7≈0.06mm2·str(擴(kuò)展非常小)[實(shí)施例]下面，我們舉出將DMD用作2維SLM186的情形作為實(shí)施例進(jìn)行說明。，如圖9所示，在本實(shí)施例中，作為2維SLM，將DMD200設(shè)置在各曝光頭16611～166mn上，通過DMD200，與圖象數(shù)據(jù)對應(yīng)對于每個(gè)象素對入射的光束進(jìn)行調(diào)制。
圖9(A)表示當(dāng)對于主掃描方向U不傾斜DMD200時(shí)的各象素單元的實(shí)像(光束點(diǎn)BS)的掃描軌跡，圖9(B)表示當(dāng)對于主掃描方向U傾斜DMD200時(shí)的光束點(diǎn)BS的掃描軌跡。最好，使DMD200只以它的邊方向與主掃描方向U形成預(yù)定角度θ(例如，0.1°～1°)輕微地傾斜配置。
在DMD200中，沿長方向(行方向)配列多個(gè)象素單元(例如，800個(gè))的象素列，但是沿短方向配列多個(gè)組(例如，600組)，如圖4(B)所示，通過使DMD200傾斜，從各象素單元設(shè)射出的光束點(diǎn)BS的掃描軌跡(掃描線)的間隔P2比不使DMD200傾斜時(shí)的掃描線的間隔P1窄，能夠大幅度地提高圖象分辨率。另一方面，因?yàn)镈MD200的傾斜角很小，所以當(dāng)使DMD200傾斜時(shí)的掃描寬度W2和當(dāng)不使DMD200傾斜時(shí)的掃描寬度W1大致相同。
又，根據(jù)不同的象素列對在同一掃描線上的大致同一位置(點(diǎn))進(jìn)行重復(fù)曝光(多重曝光)。這樣，通過多重曝光，能夠控制曝光位置的微量，能夠?qū)崿F(xiàn)高精細(xì)的曝光。又，通過微量的曝光位置控制能夠無段差地連接沿主掃描方向U配列的多個(gè)曝光頭之間的接縫。不過，它的形變量很小。
如以上說明的那樣，在本實(shí)施例中，設(shè)置不如LCD(液晶元件)那樣由于UV光而惡化的DMD200作為2維SLM。因此，能夠以高的照明效率對具有UV光靈敏度的感光材料均勻地進(jìn)行曝光。
以上，我們舉出了實(shí)施形態(tài)說明本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)，但是上述實(shí)施形態(tài)只是一個(gè)例子，在不脫離本發(fā)明要旨的范圍內(nèi)能夠?qū)嵤└鞣N不同的變更。又，本發(fā)明的權(quán)利要求范圍不限定于上述實(shí)施形態(tài)，這是不言而喻的。
因?yàn)楸景l(fā)明具有上述構(gòu)成，所以可以實(shí)現(xiàn)能夠得到高照明效率并且能夠均勻曝光的曝光裝置。
權(quán)利要求
1.一種曝光裝置，該曝光裝置具有光源、從上述光源供給光的光積分器、和由經(jīng)過上述光積分器的光照明的2維空間調(diào)制元件，其特征在于上述光源是由并排地配列光纖，從上述光纖射出光的光纖束構(gòu)成的光源，使在從射出側(cè)看的光纖束端部上形成的射出區(qū)域的形狀和上述光積分器的射出面的輪廓形狀具有大致相似的形狀。
2.權(quán)利要求1所述的曝光裝置，其特征在于上述光積分器是飛眼型或棒型。
全文摘要
本發(fā)明涉及曝光裝置。本發(fā)明課題是提供能夠得到高照明效率并且能夠均勻曝光的曝光裝置。在具有光源、從該光源供給光的光積分器、和由經(jīng)過該光積分器的光照明的2維空間調(diào)制元件的曝光裝置中，將向光積分器射出光的光纖束端部(174E)設(shè)置在光源中，使從射出側(cè)看的光纖束端部(174E)的射出區(qū)域(192)具有與光積分器的射出面的輪廓形狀大致相似的形狀。因此，因?yàn)閺墓饫w束端部(174E)射出的光的大部分能夠照射在設(shè)定的照明區(qū)域上，所以能夠得到高照明效率并且能夠均勻地曝光。
文檔編號G02B6/00GK1517728SQ200410002928
公開日2004年8月4日 申請日期2004年1月20日 優(yōu)先權(quán)日2003年1月23日
發(fā)明者大森利彥 申請人:富士膠片株式會社